Elektroflugzeuge bald möglich?

Solar Impulse 2 enthüllt am 9. April 2014, wie auch Onera am 7. April, Pläne für 100 % elektrische Flugzeuge, die für die nächsten Jahrzehnte nicht denkbar sind.

Das Flugzeug, das morgen auf einem Schweizer Luftwaffenstützpunkt zum ersten Mal vorgestellt wird, hat wenig mit den uns bekannten Flugzeugen zu tun. Die Spannweite von Solar Impulse 2 entspricht zwar in etwa der eines Airbus A380 (72 Meter), aber sein Gewicht (2,4 Tonnen) ist kaum größer als das eines Geländewagens. Vor allem aber wird sie immer nur eine Person an Bord nehmen und sich einer ganz außergewöhnlichen Herausforderung stellen: der ersten Weltumrundung – mit Zwischenstopps – in einem rein elektrischen, solarbetriebenen Flugzeug.

Im Jahr 2010 war ein erster Prototyp der Solar Impulse bereits 26 Stunden am Stück geflogen. Die neue Version, die von Bertrand Piccard und André Borschberg, den Förderern dieses verrückten Projekts, entworfen wurde, wird in der Lage sein, fünf bis sechs Tage in der Luft zu bleiben, je nach Wetterbedingungen. Solar Impulse 2 ist größer, widerstandsfähiger – das Vorgängermodell konnte nicht durch Wolken fliegen, da seine elektrischen Schaltkreise nicht wasserdicht waren, um das Gewicht zu begrenzen – und komfortabler, auch wenn die Verbesserung relativ ist: Die Kabine ist drucklos und es kann immer nur ein Pilot gleichzeitig an Bord gehen.

Dank mehrerer Partner aus der Industrie (Solvay, Altran, SunPower, Bayer…) und der Wissenschaft (EPFL) profitiert das Flugzeug von den neuesten Innovationen bei Materialien, Batterien und dem Wirkungsgrad von Solarzellen. Seine ultraleichte Struktur aus Kohlefasern erinnert jedoch eher an die Gebrüder Wright oder SantosDumont als an moderne Flugzeuge. solar Impulse ist ein Symbol dafür, was man mit modernen Technologien alles machen kann, wenn man sie auf die Spitze treibt“, meint Bertand Piccard. Es ist auch eine Art zu zeigen, dass man die Herausforderungen im Energiebereich zumindest teilweise mithilfe des technologischen Fortschritts lösen kann.“

Heute setzen die Industrieunternehmen zunächst auf das elektrische „Plus“-Flugzeug, das beispielsweise in der Lage ist, ohne die Unterstützung seiner Triebwerke am Boden zu rollen. Wie sieht es mit einem echten Flugzeug mit Elektroantrieb aus? Eine Ingenieursphantasie, ein technologischer Demonstrator oder ein echtes Zukunftskonzept? Ein Forscherteam des Forschungszentrums für Luft- und Raumfahrt hat gestern Abend mit Hilfe von CEA Tech seine Antwort vor rund 100 ausgewählten Industrievertretern im Aéro-club de France präsentiert. Das Ergebnis ihrer Zukunftsforschung ist ein echtes Flugzeug, das zwar noch aus Papier besteht, aber vielleicht eines Tages fliegen wird.

„Unsere Schlussfolgerung ist, dass das Flugzeug mit Elektroantrieb technisch machbar und theoretisch für den kommerziellen Transport in zwei bis vier Jahrzehnten denkbar ist, je nach den geplanten Missionen“, fasst Antoine Guigon, Leiter der Abteilung für Zukunftsforschung in der Luft- und Raumfahrt bei Onera, zusammen. „Das ist ein wichtiges Ziel, denn auch wenn der ökologische Fußabdruck der Luftfahrt im Vergleich zum Auto recht gering ist, ist er für den Menschen stark, vor allem wegen des Lärms“, stimmt Pierre Duval zu, der den Abend für den Aéro-club de France organisierte und Vorsitzender der Umweltkommission des Internationalen Luftfahrtverbands ist.

Der Termin erscheint so weit entfernt, weil das Problem komplex ist. Die Luftfahrt ist nach wie vor von Kerosin abhängig, da Erdöl ein Energiekonzentrat ist, das flexibel und einfach zu verwenden ist. „Nach unserem derzeitigen Wissensstand wird der Elektroantrieb erst in einigen Jahrzehnten eine so hohe Leistung wie der heutige Antrieb erreichen. Wir müssen uns bahnbrechende Konzepte und Technologien vorstellen“, erklärt Antoine Guigon. Es ist sinnlos, ein bestehendes Flugzeug „elektrifizieren“ zu wollen: Man muss mit einem weißen Blatt Papier neu anfangen.

PROPELLER AN DER TRAGFLÄCHE

Das haben die Forscher der Onera mit Bedacht getan. Während sie von einem Flugzeug träumen, das 100 Passagiere über Tausende von Kilometern befördern kann, waren sie bescheidener, als sie sich an das persönliche Geschäftsflugzeug machten, das vier Personen in weniger als zwei Stunden über 600 Kilometer transportieren kann. Sein allgemeines Erscheinungsbild scheint vertraut, aber in Wirklichkeit ändert sich alles: Form, Antrieb, Energie, Aerodynamik? Denn die Elektrizität ermöglicht einen Bruch. Erstens: Im Gegensatz zu den heutigen Motoren, deren Wirkungsgrad mit zunehmender Größe steigt, können ihre elektrischen Verwandten klein, aber effizient sein. Riesige, unansehnliche und aerodynamisch nachteilige Motoren sind nicht mehr nötig. Kleine, stromlinienförmige Propeller sind auf der Rückseite des Flügels angeordnet. Wie ein Ventilator saugt jeder Propeller die Luft auf, um sie nach hinten auszustoßen und so Schub zu erzeugen.

Bleibt noch der Antrieb. Das Solar Impulse-Modell mit seinen Photovoltaikmodulen kann nicht als Vorbild dienen, da der Wirkungsgrad für ein Flugzeug mit mehreren Passagieren noch viel zu gering ist. In dem Projekt der Onera würde der Strom durch Batterien geliefert, aber vor allem an Bord durch eine Brennstoffzelle erzeugt werden. Das Problem: Es muss gelingen, mehrere Kilogramm Wasserstoff unter hohem Druck oder in flüssiger Form zu speichern, was eine sehr niedrige Temperatur erfordert. Daher hält Antoine Guigon den Zwischenschritt eines Hybridantriebs für denkbar, bei dem Strom aus der Energie von Verbrennungsmotoren gewonnen wird: „Zum Beispiel würde eine Turbomaschine einen Elektromotor antreiben. Aber das Konzept eines Flugzeugs, das den größten Nutzen aus einer Kombination von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb ziehen würde, muss noch definiert werden.“

Die Forscher haben weitere Hürden identifiziert, die es zu überwinden gilt, darunter die Widerstandsfähigkeit der Bordelektronik gegen die elektromagnetischen Felder, die das Flugzeug selbst erzeugen wird. Außerdem muss das Flugzeug über ein hochmodernes Navigationssystem verfügen. „Das persönliche Flugzeug setzt voraus, dass es so weit automatisiert werden kann, dass es von jedem Piloten gesteuert werden kann, und dass es sich mit Hilfe von Navigationshilfen leicht in den Luftverkehr integrieren lässt“, erklärt Claude Le Tallec, der bei der Onera für die allgemeine Luftfahrt, Drohnen und automatisierte Systeme zuständig ist. All dies sind Einschränkungen, die einen multidisziplinären Ansatz erfordern. „Diese Ansätze gelten bereits für die Entwicklung jedes Flugzeugs, werden aber aufgrund der Anhäufung von bahnbrechenden Konzepten und Technologien noch notwendiger werden“, meint Antoine Guigon, der betont, dass man sich bereits jetzt bemühen muss, die Lösungen der Zukunft zu entwerfen. „Morgen wird die Industrie nackt dastehen, wenn sie sich nicht jetzt schon die Flugzeuge der Zukunft vorstellt. Wir müssen die bahnbrechenden Lösungen in Betracht ziehen, sonst werden andere Länder oder Kontinente dies für uns tun.“

Quelle: Von Benoit Georges Journalist Les Echos